超高b值DWI对外周带前列腺癌的诊断价值

2021-03-06赵莹莹张丹宋娜王涛王卓张少茹于佳蔡磊陈志强

磁共振成像 2021年12期

赵莹莹，张丹，宋娜，王涛，王卓，张少茹，于佳，蔡磊，陈志强*

作者单位：1.宁夏医科大学总医院放射科，银川750004；2.福建医科大学附属福清市医院影像科，福清350300；3.宁夏医科大学临床医学院，银川750004；4.宁夏医科大学基础医学院遗传系，银川750004

前列腺癌在全球范围内男性常见癌症中发病率居第二[1]，随着人口增长、老龄化进程的不断发展、生活习惯及饮食结构的改变，我国前列腺癌的发病率仍在不断地上升[2]，成为危害老年男性生命健康的重要疾病。多参数磁共振成像(multiparametric magnetic resonance imaging，mpMRI)是目前公认的前列腺的最佳检查方法[3-4]，弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)是其关键组成部分，可反映组织中水分子弥散状态、细胞膜的完整性[5]，通过测定癌灶表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值定性和定量评估前列腺癌(prostate cancer，PCa)侵袭程度[6]，从而指导临床治疗方案、预测疾病进展，被广泛应用于临床。但最佳b 值仍然存在较多争议,与身体其他部位的绝大多数恶性肿瘤不同的是，前列腺癌较其背景组织呈T2WI低信号，而正常前列腺组织的信号较高，在高b值DWI图像上常常不受抑制呈等信号或稍高信号，因此前列腺癌灶可能会被正常的前列腺组织或良性病灶所掩盖，这种现象被称为“反向T2穿透效应”[7]。而超高b 值提供了更强的弥散加权和对良性前列腺组织的抑制，从而增加了肿瘤-背景组织的对比度，但这些增益可能会被降低的信噪比以及增加的易感性伪影和图像失真所抵消[8,9]。我们研究的目的是回顾性地比较b值为1000 s/mm2和2000 s/mm2时所获得的DWI图和ADC值的肿瘤检测效能。此外，必须认识到传统的单层面感兴趣区测量法有较多缺陷，如不同研究者放置感兴趣区(region of interest，ROI)的差异、不能精确评估整个肿瘤的生物学特性，而直方图分析可以反映整个肿瘤内部的弥散特性。因此，本研究通过定性和定量的方法，探讨超高b 值DWI 鉴别前列腺良恶性病变的诊断效能。

1 材料与方法

1.1 临床资料

本研究经过宁夏医科大学总医院医学科研伦理审查委员会批准(批准文号：2018-339)，免除受试者知情同意。回顾性分析2015 年1 月至2016 年5 月在宁夏医科大学总医院放射科行常规磁共振检查及超高b 值DWI 成像的178 例患者的临床及影像学资料。纳入标准：(1) MRI 图像上前列腺外周带有明显的病灶(病灶直径≥0.5 cm)；(2)经病理学证实，并与MR 图像匹配在同一区域；(3)超声引导下前列腺穿刺或根治手术于MRI检查后一个月内进行。排除标准：(1)图像质量不佳；(2)临床资料不完整。

1.2 设备及参数

所有患者均使用美国GE Signa HDxt 3.0 T MR磁共振扫描仪,以体线圈为射频发射线圈,32 通道心脏相控阵线圈为接收线圈，扫描中心置于耻骨联合上5 cm处,扫描范围包括前列腺、精囊腺及双侧髂血管。扫描前嘱受试者适度充盈膀胱,取仰卧位,平静呼吸,扫描时戴上耳塞以减少不适。

常规扫描序列包括轴位T1WI、三方位T2WI、轴位T2WI-FS，扫描参数如下:T1WI (TE 7 ms, TR 520 ms,矩阵416×192,FOV 360×360，层厚/层间距4 mm/0.5 mm)；T2WI (TE 72 ms,TR 2500 ms, 矩阵128×128,FOV 360×360，层厚/层间距4 mm/0.5 mm)；T2WI-FS (TE 120 ms,TR 4500 ms,矩阵288×224,FOV 360×360,层厚/层间距4 mm/0.5 mm)。DWI 扫描参数如下：TE 72 ms,TR 5000 ms,矩阵128×128,FOV 360×360，层厚/层间距4 mm/0.5 mm,b 值分别为0、1000、2000 s/mm2,激励次数4，10。

1.3 图像分析和数据采集

扫描完成后, 笔者将所有入组患者的T2WI 及DWI (b=1000 s/mm2，A 组；b=2000 s/mm2，B 组)图像传至工作站，由另外两名放射科医师(分别有3年和8年前列腺影像诊断经验)采用双盲法分别对两组图像进行2 次独立阅片(仅在T2WI 上识别的病灶被排除)，两次间隔时间为2周。为了最大限度地减少回忆偏倚，对所有病例进行匿名编码并按不同顺序进行审阅。根据前列腺影像报告和数据系统第二版(Prostate Imaging Reporting and Data System Version 2.0，PI-RADS V2)[10]将评分＞3分的区域视为癌灶阳性，评分≤3 分的区域视为癌灶阴性。当有多个病灶时，选择评分最高的病灶，评分相同时选择病灶最大者。每例患者最多选取一个病灶。

笔者将入组患者的T2WI和DWI (b=1000、2000 s/mm2)原始图像转换为医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)格式并传入计算机辅助诊断平台Firevoxel，根据三维感兴趣区法及详细的病理结果勾画病灶区。当有多个病灶时，选择Gleason 评分最高的病灶，评分相同时选择病灶最大者。鉴于整体病灶ROI 对于异质性分析的重要性，ROI 的勾画应包含肿瘤内部的出血、坏死、囊变及钙化等，但同时应避开尿道、射精管及精囊腺等。Firevoxel 生成整个肿瘤容积重建，获得ADC 值直方图参数：平均值(ADCmean)、中位数(ADCmedian)、最小值(ADCmin)、第10 百分位数(ADC10)、第90百分位数(ADC90)、峰度、偏度及异质性。

1.4 统计学方法

采用SPSS 22.0 对计数资料行χ²检验，通过Kappa 检验分析评价两名医师采用两组方法诊断前列腺癌的一致性。对计量参数进行方差齐性检验，如符合正态分布，行两独立样本t检验；如不符合正态分布，则行非参数检验，P＜0.05 表明差异有统计学意义。然后，采用Medcalc对有统计学差异的参数进行ROC 曲线分析，采用Z检验比较各参数的ROC 曲线下面积。P＜0.05表明差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本信息

最终64 名患者纳入本研究，年龄范围60～78 岁，平均年龄67.3 岁。其中前列腺癌患者34 例，平均前列腺特异抗原(prostate specific antigen，PSA)水平为16.8 ng/mL，范围4.1～100.0 ng/mL；前列腺良性疾病(增生或炎症) 30 例，平均PSA 水平为3.7 ng/mL，范围0.4～37.6 ng/mL。

2.2 图像分析结果

表1 两名医师采用A、B两组方案对前列腺癌的诊断效能Tab.1 Diagdiagnostic efficacy of prostate cancer using A and B protocols

癌的诊断敏感度、阴性预测值(negative predictive value，NPV)、诊断符合率及ROC 曲线下面积(area under the ROC curve，AUC)的测量值均高于方案A，差异有统计学意义(P＜0.05)。医师1 与医师2 对于两方案诊断前列腺癌的一致性较好，Kappa 值分别为0.59、0.68。

2.3 病例组与对照组间DWI直方图各参数的差异

病例组与对照组间DWI 直方图各参数的差异见表2、图1、图2。高b值DWI各参数除ADCmin、峰度值及偏度值外病例组与对照组间差异均有统计学意义；超高b 值DWI 各参数除异质性及偏度值外两组间差异均有统计学意义。

表2 病例组与对照组DWⅠ定量直方图各参数结果Tab.2 Results of each parameter of the DWⅠquantitative histogram for the case and control groups

图1 男，70岁，病理诊断为前列腺癌。A：T2WⅠ图，右侧外周带6～9点钟方向T2WⅠ低信号结节，包膜连续性中断；B：b=1000 s/mm2时的DWⅠ图，病灶呈稍高信号；C：b=2000 s/mm2时的DWⅠ图，病灶呈明显高信号；D：ADC图，病灶呈明显低信号；E：ADC的直方图参数图。图2 男，68岁，前列腺炎。A：T2WⅠ图，双侧外周带T2WⅠ信号减低；B：b=1000 s/mm2时的DWⅠ图，双侧外周带高信号；C：b=2000 s/mm2时的DWⅠ图，双侧外周带稍高信号；D：ADC图，未见明显异常信号；E：ADC的直方图参数图Fig. 1 Male, 70 years old, prostate cancer.A: T2WⅠlow signal nodules at 6～9 o'clock, envelope continuity interruption; B: DWⅠmap (b=1000 s/mm2) with a slightly higher signal; C: DWⅠdiagram (b=2000 s/mm2), the lesion showed a significantly high signal; D: ADC diagram, the lesion showed a significantly low signal; E: Histogram parameter diagram for ADC. Fig. 2 Male, 68 years old, prostatitis. A: T2WⅠ, bilateral peripheral band T2WⅠsignal decreased; B: DWⅠdiagram (b=1000 s/mm2),bilateral peripheral high signal;C:DWⅠdiagram (b=2000 s/mm2),with slightly higher peripheral signals on both sides;D:ADC diagram,with no obvious abnormal signal;E:Histogram parameter diagram for ADC.

2.4 超高b 值和高b 值直方图参数鉴别前列腺良恶性病变的效能

超高b 值和高b 值直方图参数鉴别前列腺良恶性病变的诊断效能见表3。高b 值DWI 各参数中ADC10诊断效能最高(0.823)，ADCmean、ADCmedian及ADC90诊断效能也较高，分别为0.814、0.812 及0.810；超高b值ADC各参数中同样是ADC10诊断效能最高(0.902)，其次为ADCmedian(0.851)、ADCmean(0.850)，均超过高b 值DWI直方图各参数值，但超高b值与高b值ADC值诊断效能的差异无统计学意义(P＞0.05)。

表3 超高b值和高b值直方图参数鉴别前列腺良恶性病变的效能比较Tab.3 Comparison of efficacy of ultra-high and high b histogram parameters to identify benign and malignant prostate lesions

3 讨论

本研究首先定性分析比较超高b 值及高b 值DWI图对外周带前列腺癌的诊断效能，再对其所对应的ADC值进行直方图定量分析。结果显示b值=2000 s/mm2的DWI 图对肿瘤的敏感度明显比b 值=1000 s/mm2的DWI图高(P＜0.05)，但两者所对应的ADC值诊断效能相似(P＞0.05)。我们的研究结果可以部分解释之前研究得出的不同结论，b 值的选择会以不同的方式影响获取的DWI及ADC，之前的大部分研究[8-14]主要是对其中的一个(DWI 图、ADC 图及ADC 值)进行评价，所以会得出相互矛盾的结论。

3.1 超高b 值及高b 值DWI 的ADC 值对外周带前列腺癌的诊断效能

本研究与Kim 等[12]、Koo 等[13]的研究有着较大差别，他们评估了两个b 值(1000 和2000 s/mm2)对应的ADC 值及ADC 图对前列腺癌的诊断性能的影响，我们则在此基础上另外评估了两个b 值的DWI 图像及其与常规MR 图像组合的诊断效能。Kim 等[12]对两个不同b 值(1000 和2000 s/mm2)导出的ADC 值进行定量分析，结果显示在b 值为1000 和2000 s/mm2的肿瘤区域的平均ADC 值均低于良性前列腺组织(P＜0.001)，两者诊断性能相似，与本研究结果一致，可能是因为ADC 图是对数信号衰减曲线的陡度在至少两次单独采集的递增b 值上的逐像素计算，与单一b 值轨迹图像相比，更容易受到运动和其他伪影的影响。一项研究表明[14]，当b值从1000 s/mm2增加到2000 s/mm2时，恶性组织内的平均信噪比下降了21.6%，DWI 图像严重失真，恶性组织与正常组织之间有一定的ADC值重叠。因此，与高b 值(1000 s/mm2)获得的ADC 值相比，使用超高b 值(2000 s/mm2)获得的ADC 值对于鉴别前列腺良、恶性病变并没有额外的提高。

3.2 超高b值及高b值DWI图对外周带前列腺癌的诊断效能

本研究结果与Rosenkrantz等[8]的研究结果有一定的一致性。他们的研究方案对b值=1000和2000 s/mm2的DWI和ADC图进行定性分析，并由两名放射科医生对数据集进行独立评估，使用从不同b 值得到的ADC 图检测主要肿瘤病变的敏感度没有发现差异，而使用b 值=2000 s/mm2时DWI 图像检测肿瘤的敏感度明显高于b 值为1000 s/mm2。此外，基于肿瘤与背景组织对比度的定量分析，在b值为2000 s/mm2时，DWI图的对比度明显高于b 值为1000 s/mm2时；而ADC图的肿瘤与周围区域对比显示两者之间没有明显差异。Metens等[11]定量分析了DWI图的病灶组织的可见性(对比度、噪声比)，发现与b值为1000 s/mm2相比，使用b值为2000 s/mm2的DWI图增加了前列腺癌病灶和背景组织之间的对比度，从而提高了肿瘤检测的敏感度。以上结果表明，在前列腺癌中，当磁共振扫描仪具有足够的梯度性能和低噪声系数时，DWI 应采用超高b值，以使DWI 图像具有足够的对比度，从而提高肿瘤检测的敏感度。

3.3 直方图分析法是鉴别良恶性肿瘤、分级和评估肿瘤疗效的有效工具

分化良好的肿瘤维持其管状结构，而癌灶组织增殖过快、细胞密度过高会限制水分子的随机运动，并可通过ADC值量化弥散受限的程度[15,16]。同一前列腺癌灶内不同区域的细胞密度不同，其信号亦有很大的差异。直方图分析法可以提取不同的微环境，以免被平均ADC 值掩盖[17]，是鉴别良恶性肿瘤、分级和评估肿瘤疗效的有效工具[18]。通过ROC 曲线，发现ADC10高于ADCmedian、ADCmean、峰度和偏度，表明这个指标对鉴别良恶性病变的诊断效果最好，与以前的一些研究基本一致[19,20]。这可以用组织学异质性来解释，肿瘤细胞增殖最旺盛的部分细胞核分裂最活跃、结构最致密，水分子弥散受限最明显，因而ADCmin最能反映肿瘤细胞的病理及分化程度[21]，然而ADCmin易受肿瘤边缘伪影、噪声及邻近结构等极端数值的影响，值不稳定，而ADC10同样能反映肿瘤的病理特性，其结果更稳定，因此ADC10能更好地反映前列腺恶性成分[21]。因此，采用直方图分析DWI 成像对前列腺良恶性病变的鉴别是可行的。